太陽系內那點事 為甚麼水星是最難去的行星？信使號的水星探測任務！

大家好,我是斯文 最近我在回看人類探索太陽系歷程的時候 發現了一個問題 大家看啊 人類第一次向其他行星發射探測器是在1962年 失敗的不算 我們只說成功的 1962年12月14號 NASA的水手2號探測器成功飛越了金星 成爲了第一個飛越其他行星的探測器 緊接着是1965年7月14號 水手4號第一次飛越了火星 然後是1973年12月3號 先鋒10號第一次飛越了木星 直到1974年才輪到水星 這對嗎? 這不對吧 按理說水星到地球的距離並不算遠 最近時候的距離大約是7700萬公里 而且從平均距離上來說 水星纔是離地球最近的行星 很多人可能以爲是金星 確實 金星在近日點的時候是離地球最近的行星 但是金星有很長一段的時間都在太陽的另一邊 所以它到地球的平均距離是要大於水星的 那木星就更不用說了 它到地球的平均距離是水星的8倍多 但是木星在1973年 1974年 1979年 1992年 1995年 2000年 2007年 2016年 這麼多年都被探測過 還有土星 天王星 海王星 甚至是一些小行星 人類都發射過好幾次探測器了 但是水星從1974年水手10號去過一次之後 將近30年的時間裏 就再也沒有任何探測器去過了 這是爲什麼呢 難道說水星已經沒有探測價值了嗎 還是說1974年的時候 我們已經完全瞭解它了呢 都不是 實際上 1974年水手10號的任務只是飛躍了幾次 並沒有環繞水星探測 當時它只拍到了水星表面大約40%到45%的區域 其他區域是一概不止 甚至我們對水星的瞭解都不如木星 那真正的原因 其實是因爲水星是整個太陽系列 綜合探測難度最高的行星 沒有之一 因爲水星離太陽太近了 白天的時候 最高溫度能達到430度 而到了晚上 最低溫度又會降到大約零下180度 所以探測器不僅要耐熱 還要耐凍 而且任何飛向水星的探測器 即使我們想用火箭的反推來對抗這種加速 也幾乎是不可能的 因爲想要抵抗太陽的引裂 需要的燃料遠遠超過了探測器所能攜帶的量 而且你燃料帶的越多 那你能帶的科學儀器就會越少 所以結果就是 將近30年的時間裏 科學家都沒找到一個辦法 既能帶上足夠的燃料 又能帶上科學設備 還能安全減速進入水星軌道 所以自從1974年水手10號飛越水星之後 人類的水星探索計劃就不得不先暫停了 後來到了1985年 NASA的一個軌道動力學專家 叫閆留貞萬 他根據旅行者號的任務 想到了一個辦法 這個辦法並不需要什麼新科技 就能讓探測器成功進入水星軌道 他設計了一條很特殊的路線 根據他的計算 探測器要先繞太陽飛行大約15圈 中途還要飛越地球一次 金星兩次 水星三次 然後在第四次接近水星的時候 探測器的速度就剛好能減速到 能被水星捕獲的程度 大家可能不明白 去水星爲什麼要這麼麻煩呢 可能你以爲的去水星是這樣的 從地球直接就過去了 但實際上我們還要考慮水星的位置 和它的引力徑 大家來看一下這張圖片 這是太陽系不同天體引力徑的示意圖 天體的質量越大 引力徑就越深 範圍也越大 從這個圖中大家也可以看到 我們在地球向其他行星發射探測器的一個難度 以木星爲例 木星雖然離我們比較遠 但是它的引力徑的範圍很大 即使有些偏差 探測器也能被它的引力捕獲 那月球引力徑的範圍雖然很小 但是它離得近呢 離得近就很容易瞄準 但是最左邊水星這裏的情況就不一樣了 它離太陽太近了 而太陽的質量非常大 佔整個太陽系總質量的99.86% 所以太陽的引力徑是非常非常深的 水星在太陽的引力徑下只是一塊非常小的凹陷 探測器飛過去很容易就會掉進太陽的引力徑中 所以閻流真萬設計的這條路線 通過多次飛越這些行星 藉助行星的引力和大氣的摩擦力 讓探測器慢慢減速 最終減速到可以被水星的引力捕獲 但是他設計的這條路線長達79億公里 需要大約6年半的時間才能完成 NASA最開始並沒有採納他的這個方案 直到1998年NASA纔開始注意到他這個方案 並且在確定了確實可行之後 在2004年他們發射了信使號水星探測器 信使號的全程是水星表面與空間環境探測器 它高約1米85寬約1米42 總重大約是1100公斤 以NASA探測器的標準來說 這個探測器不算大 算是非常輕量級的探測器了 相比之下 木星探測器朱諾號的太陽能電池板展開之後 能達到20米 信使號搭載了一個大功率的推進器 負責減速和調整姿勢 一個陶瓷的隔熱罩用來扛住太陽的高溫 兩塊太陽能的電池板 以及一整套能拍照 能測量磁場 能分析地下成分的科學儀器 科學家希望通過信使號這次的任務 儘可能多的瞭解水星表面的化學成分 還有它的磁場 大氣 以及內部結構 2004年8月3號 信使號成功發射 根據計劃 它從地球出發之後 要先繞太陽飛行一圈 然後再飛越地球一次 進行兩次 水星三次 最後在它第四次靠近水星的時候 就可以進入水星軌道了 2005年8月2號 在它繞太陽飛行了一圈之後 又回到了地球附近 它藉助地球的引力 改變了軌道方向 並且減速 這期間 信使號還順便拍攝了一些地球和月球的影像 其實信使號在飛往水星的路上 原本計劃是要進行多次推進器點火的 這個點火不是要給它加速 而是要給它減速的 因爲當它逐漸靠近太陽的時候 它的速度會被太陽的引力拉得越來越快 那爲了對抗太陽引力帶來的加速 防止它掉入太陽的引力頸 我們就需要推進器點火 來產生反方向的推力 但是NASA後來發現根本用不上 不用推進器點火 它也能減速 那怎麼做呢 就是利用太陽光打在太陽能板上的那一點點的壓力 雖然這個力也非常小 但是信使號要走的路程很長 積少成多 最後也能達到減速的目的 而且還能省不少燃料 其實這就跟脫髮的道理是一樣的 我們生活中常見的雄極素型脫髮 也不是頭髮突然就掉光了 而是毛囊在長期受到雄極素的攻擊後 逐漸的缺電失火 頭髮就會變得越來越細 越來越軟 直到脫落 所以想讓頭髮重新生長 關鍵就是要給毛囊充電 曼迪的生髮泡沫劑作爲甲離子通道調節劑 就是通過給毛囊科學充電 打開頭髮生長的開關 讓自身營養可以供給給毛囊 毛囊就會逐漸恢復健康的狀態 慢慢長出粗硬的頭髮 而且它是目前國內唯一和皮的米諾蒂爾泡沫劑 採用超薄和滲透技術 能把有效成分精準的送到毛囊深處 見效更快 就好像把原本的普通充電器換成了高速快充 我自己體驗下來感覺很清爽 不油膩 不刺激頭皮 如果你也處於一到三級的早期頭髮階段 那真心建議早點開始干預 堅持使用 抵抗雄極素對毛囊的持續攻擊 同時還要調整自己的生活作息 少熬夜 儘量減輕對毛囊的傷害 這樣髮量纔會得到較好的慰問 臨近雙十一了 現在他們搞活動 有需要的朋友不妨試試看 2006年10月24號 星矢號第一次飛躍了金星 它距離金星最近的時候 大約是2992公里 但這次飛躍 星矢號是飛到金星背面 進入了所謂的太陽上河的狀態 也就是地球 太陽 星矢號剛好在同一條直線上 太陽在中間擋住了無線電信號的傳輸 這期間 我們在地球上是完全接收不到它傳回來的任何信息 直到11月下雪 NASA才恢復了跟星矢號的通信 那這段時間裏 星矢號只是簡單的拍攝了一些金星的照片 除此之外 並沒有進行其他的科學觀測 2007年6月5號 星矢號第二次飛躍了金星 這次它距離金星表面只有338公里 而且這次飛躍還完成了全程最有效的一次減速 跟第一次不同 這次是所有的科學儀器全部啓動 一邊觀測金星 一邊爲接下來的水星任務做準備 它不僅拍下了金星上層大氣的可見光和近紅外影像 還用光譜儀測出了金星的大氣成分 更巧的是它遇到了同行 當時歐洲航天局ESA的金星快車號 正好也在金星的軌道上 於是這兩臺探測器藉着這個機會 共同對金星的粒子環境和磁場進行了測量 2008年1月14號 星矢號首次飛躍了水星 最近距離只有大約200公里 這次飛躍它首次近距離拍攝了水星的南半球 補全了當年水手10號沒觀測到的區域 同年10月6號 星矢號對水星進行了第二次飛躍 前兩次的飛躍都很順利 但是在第三次飛躍 也就是最後一次飛躍的時候出了點意外 2009年9月29號 星矢號在第三次飛躍的過程中進入了安全模式 導致一部分的圖像和數據丟失了 這個時候大家還是很緊張的 因爲任務已經到了最後一步了 如果這個時候失敗那就太遺憾了 但是好在它在七個小時後恢復了正常 2009年11月24號 星矢號進行了最後一次變軌 把速度減到了每秒177米 爲了正式入軌做準備 2011年3月18號 星矢號成功進入了水行軌道 按照NASA工程師的說法是 他們選的這條軌道是最完美的一條軌道 這條軌道非常的橢圓 每12小時讓水行一圈 最近的時候是貼着水星表面200公里飛過的 最遠的時候又會拉到15000公里之外 爲什麼這樣設計呢 是因爲水星實在是太熱了 它能反射大量的太陽輻射 不能讓探測器長時間地貼着水星飛 但又需要它近距離探測 所以NASA讓它只在一小段的時間裏靠近水星 其餘的時間都離得遠遠的 星矢號在水星軌道運行了4年多 是人類歷史上第一艘環繞水星運行的探測器 在這4年裏它繞水星飛行了超過4000圈 拍攝了超過27萬張圖像 畫出了第一張完整的水星表面地圖 並且瞭解了水星的磁場 大氣成分以及內部結構 還在水星北極附近永久陰影的隕石坑裏 發現了寒碳的有機物和水冰 2011年2月18號 NASA在星矢號官網上公佈了一張太陽系的全家福 是一共由34張照片拼成的一張太陽系成員合照 除了太遠的天王星、海王星 其他的行星都可以在照片裏看到 這張照片跟旅行者一號在1990年拍下的那張太陽系全家福 也形成了互補 因爲旅行者一號拍的那張照片裏沒有水星和火星 2015年4月30號 星矢號的燃料用完了 NASA讓星矢號以每小時14080公里的速度撞向了水星表面 這也標誌了星矢號的任務圓滿結束 星矢號的任務雖然結束了 但是人類對於水星探測並沒有停止 2018年10月20號 歐洲航天局和日本航天局聯合發射了一個水星探測器 叫貝皮科倫布號 它跟星矢號一樣同樣進行了多次引力助推減速 只不過它採用了離子推進器 這個我們之前介紹過 離子推進器跟傳統化學火箭相比 雖然推力很弱 但是續航時間更長 非常適合執行這種長途的探索任務 它的路線比星矢號還要複雜一些 它是飛越了地球一次 進行兩次水星六次之後纔會進入水星軌道 目前它還沒有正式進入水星軌道 預計會在2026年11月進入水星軌道 期待它能在未來的幾年裏 帶回更多關於水星新的發現